ad620用法介绍以及典型电路连接解读

单片仪表放大器为了满足对更简洁应用的仪表放大器的需求，ADIICIC包含IC的技术。由於有源器件和无源器件现在都在同一颗管芯内，所以它们能够周密匹配——CMR。另外，这些器件在整个温度范围内保持匹配，从而保证了在宽温度范围内优良的性能。IC技术〔例如，激光晶圆微调〕能够使单片集成电路调整到极高精度并且供给低本钱、高量产。单片仪表放大器的另一个优点是它们可以承受尺寸微小、本钱极低的SOICMSOP封装，适合1ADI公司仪表放大器性能快速一览表。1.AD8221原理图一、承受仪表放大器还是差分放大器器。之，差分放大器应当用於共模电压或瞬态电压可能会超过电源电压的应用中。压加上输入差分电压〔包括瞬态电压〕小於电源电压时，应当使用仪表放大器。在最高精度、最高信噪比〔SNR〕和最低输入偏置电流〔IB〕是至关重要的应用中，也需要使用仪表放大器。二、单片仪表放大器内部描述1、高性能仪表放大器ADI公司於1971年推出了第一款高性能单片仪表放大器AD520，2023年推出AD8221。这款仪表放大器承受超小型MSOP封装并且在高於其它同类仪表放大器的带宽内供给增加的CMR。AD620系列仪表放大器有很多关键的性能提高。2.AD8221的引脚排列AD8221是一种基於传统的三运放构造的单片仪表放大器〔见图1〕。输入三极管Q1和Q2在恒定的电流条件下被偏置以便任何差分输入信号都使A1和A2的输出电压相等。施加到输入端的信号产生一个通过RG、R1R2的电流以便A1和A2的输出供给正确的电压。从电路构造上，Q1、A1、R1和Q2、A2、R2可视为周密电流反响放大器。放大的差分信号和共模信号施加到差分放大器A3，它抑制共模电压，但会处理差分电压。差分放大器具有低输出失调电压和低输出失调电压漂移。经过激光微调的电阻器允许高周密仪表放大器具有增益误差典型值小於20ppmCMR90dB〔G=1〕。3.AD8221CMR与频率的关系4.AD8221的闭环增益与频率的关系图5.AD620原理图6.AD620的闭环增益与频率的关系AD8221IBIB，低失调电流〔IOS〕，IBIB8nV/〔Hz〕1/2极低电压噪声。AD8221的增益公式为∶AD8221承受细心设计以保证用户能够使用一苹外部的标准阻值的电阻器很简洁和准确地设置增益。AD8221的输入放大器承受电流反响构造，所以它的增益带宽乘积可以随增益提高，从而构成一个在提高增益时没有电压反响构造的带宽降低的系统。为了甚至在低输入信号幅度条件下也能保持周密度，对AD8221的设计和布线承受了特别细心的考虑，因而能使仪表放大器的性能满足甚至要求最严格的应用〔34〕。AD8221承受独特的引脚排列使其到达无与伦比的CMR10kHz〔G=1〕条件下为80dB1kHz〔G=1000〕110dB2所示，削减了过去对CMR性能有不利影响的寄生效应。另外，的引脚排列简化了PCB布线，由于相关的印制线都分组靠近在一起。例如，增益设置电阻器引脚与输入引脚相邻，并且参考脚靠近输出引脚。多年来，AD620已经成为工业标准的高性能、低本钱的仪表放大器。AD620是一种完整的单片8引脚DIP和SOIC1到1,000101001%金属膜电阻值。AD620〔5〕AD524仪表放大器的其次代产品并且包含一个改进的传统三运放电路。R1R2，允许用户仅使用一苹外部电阻器便可将增益准确设7.AD620CMR与频率的关系8.AD620的增益非线性(G=100,RL=10kΩ,垂直刻度:100μV=10ppm,2V/div)9.AD620的小信号脉冲响应(G=10，RL=2kΩ，CL=100pF)10.AD621原理图Q1Q2Q1-A1-R1Q2-A2-R2环路Q1Q2的集电极电流保持恒定，由此使输入电压加在外部增益设置电阻器RG的两端。这就产生一个从输入到A1/A2输出的差分增益G，G=〔R1＋R2〕/RG＋1。单A3REF引脚电位的单端输出。RG的值还打算前置放大器级的跨导。为了供给增益而减小RG时，前置放大器级的跨导渐渐增加到相应输入三极管的跨导。这有三个主要优点。第一，随著设置增益增加，开环增益也随著增加，从而降低了增益相对误差。其次，〔C1、C2和前置放大器跨导打算的〕增益带宽乘积6AD620的闭环增益与频率的关系。AD620CMR789AD620的增益非线性和小信号脉冲响应。第三，输入电压噪声削减到9nV〔Hz〕1/2，主要由输入器件的集电极电流和基极电阻打算的。内部增益电阻器R1和R2的阻值已经调整到Ω地设置增益。增益公式为∶RGkΩ为单位。24.7kΩ1%电阻器设置最常用的增益。AD621AD620类似，只是设置10100倍增益的增益电阻器已经集成在芯片内——无需使100倍增益只需要一个外部跨接线〔18之间10倍增益，断开引脚1和引脚8电〔TC10是AD621AD621具有0.15%最大总增益误差和5ppm/℃增AD620的片内精度高出很多。11.AD621CMR与频率的关系12.AD621的闭环增益与频率的关系AD62110100之间的增益，但增益误差和增益温度漂移会变坏。使用外部电阻器设置增益公式为∶G=〔R1＋R2〕/RG+11112AD621CMR13和图14AD621的增益非线性和小信号脉冲响应。13.AD621的增益非线性(G=10,RL=10kΩ，垂直刻度∶100μV/div=100ppm/div，水平刻度2V/div)14.AD621的小信号脉冲响应(G=10，RL=2kΩ，CL=100pF)15.AD8225原理图2、固定增益仪表放大器AD8225515示出它是一个三运放仪表放大器。单位βNPNQ1Q2A1A2组成。这些三极管被补偿以使100pA或更低。因此，电流噪声也很低，仅50fA/〔Hz〕1/2。输入缓冲器驱动一苹增益为5的差分放大器。由于3kΩ和15kΩ电阻是比率匹配的，所以5ppm/℃。与通常的可变增益仪表放大器的单位增益补偿相比，AD8225具有宽增益带宽乘积，由於它被补5倍固定增益。AD822518未用，所以144AC23上的寄生电容。3、低本钱仪表放大器AD622AD620的低本钱版本〔见图5〕。AD622承受改进的生产方法以便以较低本钱供给AD620181920AD622CMR与频率的关系，增益非线性以及闭环增益与频率的关系。16.AD8225CMR与频率的关系17.AD8225的增益非线性18.AD622CMR与频率的关系(RTI，0~1kΩ源阻抗不平衡)19.AD622的增益非线性(G=1，RL=10kΩ；垂直刻度∶2μV=2ppm)图20.AD622的闭环增益与频率的关系21.AD623原理图4、单电源仪表放大器〔或格外接近接地电位〕的信号，并且输出级摆幅要能够接近地电位或电源电压，即高於地电位或低於电源电压几个毫伏〔mV〕。低电源电流也很重要。并且，当仪表放大器工作在低电源电压时，它需要有足够的增益带宽乘积、低失调电压漂移和优良的CMRCMR与频率的关系。AD623是一种在三运放仪表放大器电路根底上经过改进的仪表放大器以保证单电源或双电源工作，甚至能工作在共模电压或者低於负电源电压〔或单电源工作时，低於接地电位〕。其它特点包R-R输出电压摆幅，低电源电流，超小型封装，低输入和输出失调电压，μVDC失调电压CMR，以及仅用一苹外部电阻器设置增益。21PNPDC电平移位器。在每个放大器〔A1A2〕0.1%50kΩ电阻器保证准确的增益设置。差分输出为∶这 以kΩ为单位。号。AD623的摆幅范围。应当留意，不像双电源输入电流补偿的仪表放大器〔AD620〕，Q1Q2的基极电流直接流出输入端。由於这两个输入端〔Q1Q2的基极〕可工作在接地电位〔即，0V或更准200mV〕，所以为AD623供给输入电流补偿是不行能的。但是，AD62325nA。22.AD623的闭环增益与频率的关系23.AD623CMR与频率的关系(VS=±5V)24.AD623的增益非线性(G=-10,50ppm/div)25.AD623的小信号脉冲响应(G=10，RL=10kΩ，CL=100pF)26.AD627原理图27.AD627CMR与频率的关系28.AD627的闭环增益与频率的关系29.AD627的增益非线性(VS=±2.5V，G=5，4ppm/垂直分格)图30.AD627图的小信号脉冲响应(VS=±5V，G=+10,RL=20KΩ，CL=50pF,20μs/水平分格,20mV/垂直分格)引脚6上的输出电压是相对引脚5上的参考端电位测量的。参考端引脚的阻抗是100kΩ。内部ESDAD623的输入端、参考端、输出端和增益端安全地耐受高於或低於电源电0.3V的过压。对於全部增益，并且在开机或关机时都是这样。对於後一种状况尤其重要，由于信号源和仪表放大器可能是分开供电的。假设预期过压超过这个值，使用外部限流电阻器，应10mA以及所需要的过压保护确定。AD623A1A2AD623甚至在较高增益下，它仍有足够的带宽适合很多应用。AD62318RG电阻器或由更准确的其它方法构成的阻抗进展设置22AD623的增益与频率的关系。AD6230.1%~1%允许误差的电阻器经过激光微调以到达准确增益。2RG值。留意，对於G=1，RG两端不连接。对於任何任意的增益，RG可使用以下公式计算∶RG=100kΩ/〔G-1〕23AD623CMR100CMR，并且200HzCMR照旧很高。这保证了电源共模信号〔以及它们的谐波〕24AD62325AD623的小信号脉冲响应。5、低功耗、单电源仪表放大器AD62751,0003V~30VR-R3V60μA〔典型值〕180μW。26AD627的原理图。AD627是使用两个反响环路构成的真正仪表放大器。它的通用特性同。AD627DC以上〔特别是50Hz~60Hz电源频率〔CMRR。26所示，A1V1R5Q1集电极电流恒定。假设此时不连接增益设置电阻器〔RG〕。电阻器R2R1A1的输出电压等於具有1.25〔几乎准确〕增益的反向端电压。由A2构成的几乎一样的反响环路迫使一个电流流Q2Q1A2也供给输出电压。当两个环路都平衡时，从同向端到VOUT的增益等於A1的输出到VOUT的增益等於-4A15A2的增益〔-4〕使反向端和同向端的增益相等。1+R4/R350.01%最终精度〔AD627B典型值〕。增加一苹外部增益设置电阻器〔RG〕将增益提高〔R4+R1〕/RG。AD627的增益由以下R1R4的电阻器经过激光微调以保证它们的阻值尽可能接近增益公式中确实定CMR。27AD627CMR2829AD627的增益与频率的关系以及增益非线性。AD62730所示。四、仪表放大器〔或电流〕信号，此电压信号一般都较弱，最小的到0.1µV，而且动态范围较宽，往往有很大的共模干扰电压。因此，在传感器扰信号进展抑制，以提高信号的质量。由于传感器输出阻抗一般很高，输出电压幅度很小，再加上工作环境恶劣，因此，仪共模抑制比仪表放大器〔一〕同相串联差动放大器图3-17为一同相串联差动放大器。电路要求两只运算放大器性能参数根本匹配，且在外接电阻元件对称状况下〔即R=R，R=R

，电路可获得很高的共模抑制比，此外还可以1 4 2 3抵消逝调及漂移误差电压的作用。R1-00 00+R1-00 00+0-+A00UR5A001R620U Ui1 i23-17同相串联差动放大器该电路的输出电压由叠加原理可得V

R2)V

R R( 4)V0 R i1 R1

R i23R R4)V 4)VR i13R

R i234)(V V)R i2 3从而求得差模闭环增益A RA 0 1 4d V V Ri2 i1 3〔二〕同相并联差动放大器3-18为同相并联差动放大器。该电路与图3-17电路一样，仍具有输入阻抗高、直流效益好、零点漂移小、共模抑制比高等特点，在传感器信号放大中得到广泛应用。+00+00U01R3R5-00A1R1A3IR7-00+00U-R2R4R060+0U020A0Ui23-18可知：

23-18同相并联差动放大器V Vi1V V

IR1IR2V VI i1 i2R7I代入V

，V 可得01 02V V R RV V

(i1 i2)R 1) 1Vi1

R 1 i17

R R i27 7V V R2 RV V

(i1 i2)R V ) 2Vi2

R 2 i27

R R i17 7R RR R V 5(V V 1 2) 5V V0 R 02 013

R R i2 7 3由此可得电路差模闭环增益

A d

RR RR1 2) 5RR7 3该电路假设用一可调电位器代替R

，可以调整差模增益A

的大小。该电路要求A

7的外接电阻严格匹配，由于A

d放大的是A，A

输出之差。电路的失调电压是由A3

3引起的，降低A3

3 1 2的增益可以减小输出温度漂移。〔三〕增益线性可调差动放大器3-19是电压增益可线性调整的差动放大器RW接读取电压增益，给使用带来很大的便利。

的线性刻度来直+Ui1 0+0-0A

0 U010

R1 R2UAA1 3- 00-0-0+0+Ui2 0A2

U02

+ 0 U000R3UBRRWR4 R5-000U04 +000A43-19中，由叠加原理可得

图3-19增益线性可调差动放大器RV 2 V

R 2 VA R R 1 2R

RR 1 2R R R RV 4

3 V 4 V 3 5VB R R 3 4

R R 3 4

R R 3 4

R R R 3 4 WV=V，整理上两式，且当R=R=R=R时，输出电压A B 1 2 3 4RV W(V V)0 R i2 5电路闭环增益RA Wd R5可见，电路增益与RPW

成线性关系，转变RW

大小不影响电路的共模抑制比〔四〕高共模抑制比差动放大器前面争论的电路中，没有考虑寄生电容、输入电容和输入参数不对称对抑制比的影响。坏，测量精度下降。为了消退信号线与屏蔽层之间寄生电容的影响，最简洁的方法是承受等电位屏蔽的措芯线与屏蔽层之间处于等电位，从而消退了共模输入信号在差动放大器两端形成的误差电3-20所示。+-+-A1.U01+EC.-ECR1R7-R.0R5AR33+A4Uc-+U0R2R0R4-ER6C-+UA0223-20高共模抑制比差动放大器图中两只电阻R0

A4

电压跟随器连到输入信号电缆屏蔽层上，使屏蔽层电位也等于共模电压。参照同相并联差动放大器的分析可知R RV 1) 1V

R R 7 7R RV V 2) 2V

R R 7 7R=R时，可证明连接点电位1 2V 1(VC 2

V 02(V

V )i2不再因电缆电容的不平衡而造成很大的误差电压。3-20还可见，A4

的输出端还接到输入运放A、A1 2

供电电源±EC

的公共端，因此使其电源处于随共模电压而变的浮动状态全一样。由于电源对共模电压的跟踪作用，会使共模电压造成的影响大大地减弱。〔五〕集成仪器放大器模工艺制作的集成仪器放大器解决了上述匹配问题异、体积小、构造简洁、本钱低的优点，因而被广泛使用。一般集成仪器放大器具有以下特点：109Ω；偏置电流低；共模抑制比高；平衡的差动输入；良好的温度特性增益可调单端输入AD620仪表放大器简介图3-21仪表放大电路是由三个放大器所